مفارقة المبيدات

مفارقة مبيدات الآفات (بالإنجليزية: Paradox of the pesticides)‏ هي التناقض المولد بين الهدف والنتيجة للمبيدات الحشرية للآفات وهو مفارقة تنص على أن استخدام مبيد الآفات على الآفات قد يؤدي في نهاية المطاف إلى زيادة وفرة الآفات إذا تسبب المبيد في زعزعة الديناميات الطبيعية للمفترس والفرائس في النظام البيئي.

معادلة لوتكا - فولتيرا

لوصف مفارقة مبيدات الآفات رياضياً يمكن تعديل معادلة لوتكا - فولتيرا، وهي مجموعة من المعادلات التفاضلية غير الخطية من الدرجة الأولى والتي تُستخدم بشكل متكرر لوصف التفاعلات بين المفترس والفريسة، لتأخذ في الاعتبار إضافات المبيدات الحشرية في التفاعلات بين المفترس والفريسة.

بدون استخدام المبيدات

تمثل المتغيرات ما يلي:

عدد الفرائس في وقت معين أعداد المفترس في وقت معين ثابت الالتقاط معدل نمو أعداد الفرائس جزء طاقة الفريسة الذي استوعبه المفترس وتحول إلى مفترسات جديدة معدل وفيات الحيوانات المفترسة

${\textstyle {\begin{aligned}H&={\text{the prey population at a given time}}\\P&={\text{the predator population at a given time}}\\c&={\text{the capture constant}}\\r&={\text{the rate of growth of the prey population}}\\a&={\text{the fraction of prey energy assimilated by the predator and turned into new predators}}\\m&={\text{predator mortality rate}}\\\end{aligned}}}$

المعادلتان التاليتان هما معادلة لوتكا - فولتيرا الأصلية، والتي تصف معدل التغيير لكل مجموعة من السكان كدالة لسكان الكائن الحي الآخر:

${\begin{aligned}{\frac {dH}{dt}}&=rH-cHP\\{\frac {dP}{dt}}&=acHP-mP\\\end{aligned}}$

ومن خلال ضبط كل معادلة على الصفر وبالتالي افتراض استقرار السكان، يمكن عمل رسم بياني لخطين (خطوط متساوية) لإيجاد نقطة التوازن، وهي النقطة التي يكون عندها كلا السكان المتفاعلين مستقرين.

وهذه هي الخطوط المتساوية للمعادلتين أعلاه:

$P={\frac {r}{c}}\quad {\text{و}}\quad H={\frac {m}{ac}}$

باعتبار المبيدات في المعادلة

خطوط متوازنة مفترسة - فريسة قبل وبعد استخدام مبيدات الآفات. زيادة انتشار الآفات.

والآن لحساب الاختلاف في الديناميكيات السكانية للمفترس والفريسة الذي يحدث مع إضافة مبيدات الآفات، تتم إضافة متغير q لتمثيل معدل نصيب الفرد الذي يُقتل فيه كلا النوعين بواسطة مبيد الآفات. فتتغير معادلات لوتكا - فولتيرا الأصلية لتكون على النحو التالي:

${\begin{aligned}{\frac {dH}{dt}}&=H(r-cP-q)\\{\frac {dP}{dt}}&=P(acH-m-q)\\\end{aligned}}$

وحل الخطوط المتساوية كما تم القيام به أعلاه، تمثل المعادلات التالية الخطين مع التقاطع الذي يمثل نقطة التوازن الجديدة. وهذه هي الخطوط المتساوية الجديدة للسكان:

$P={\frac {r-q}{c}}\quad {\text{and}}\quad H={\frac {m+q}{ac}}$

كما يمكن للمرء أن يرى من الخطوط المتساوية الجديدة سيكون للتوازن الجديد قيمة H أعلى وقيمة P أقل، وبالتالي فإن عدد الفريسة سيزداد بينما يتناقص عدد المفترس. وبالتالي فإن الفريسة التي عادة ما تكون مستهدفة بالمبيد يتم الاستفادة منه بالفعل بدلاً من أن يتأذى بالمبيد.

إن البديل الموثوق والبسيط لنموذج لوتكا - فولتيرا المفترس والفريسة والتعميمات المعتمدة على الفريسة الشائعة هو النموذج المعتمد على النسبة أو نموذج أرديتي-جينزبورغ. وهما يمثلان أقصى درجات طيف نماذج التداخل المفترس. وفقًا لمؤلفي وجهة النظر البديلة، وتُظهر البيانات أن التفاعلات الحقيقية في الطبيعة بعيدة جدًا عن أقصى لوتكا - فولتيرا على طيف التداخل بحيث يمكن ببساطة استبعاد النموذج باعتباره خاطئًا. بحيث أنها أقرب بكثير إلى الحد المعتمد على النسبة ولذلك إذا كانت هناك حاجة إلى نموذج بسيط فيمكن للمرء استخدام نموذج أرديتي-جينزبورغ كأول تقدير تقريبي.

دليل تجريبي

تم توثيق المفارقة بشكل متكرر عبر تاريخ إدارة الآفات. فالعث المفترس على سبيل المثال يفترس بشكل طبيعي السوس النباتي وهي آفات شائعة في بساتين التفاح. ويؤدي رش البساتين إلى قتل كل من العث والسوس، ولكن تأثير الافتراس المتناقص يكون أكبر من تأثير المبيدات الحشرية فتزداد وفرة سوس النبات.

وقد لوحظ التأثير أيضًا على الأرز كما هو موثق من قبل المعهد الدولي لبحوث الأرز، والذي لاحظ انخفاضًا كبيرًا في أعداد الآفات عندما توقفوا عن استخدام مبيدات الآفات.

الظواهر ذات الصلة

تشير الدراسات الحديثة إلى أن مثل هذا التناقض قد لا يكون بالضرورة ناتجًا عن انخفاض أعداد الحيوانات المفترسة عن طريق الحصاد نفسه، فعلى سبيل المثال عن طريق مبيد الآفات. يتم تقليل عدد سكان المضيف في لحظة الحصاد وفي نفس الوقت يتم إضعاف تأثير الكثافة غير المحددة. تمثل المنافسة غير المحددة المنافسة بين الأفراد من نفس النوع. عندما تكون الكثافة السكانية عالية وبالتالي تكون الموارد شحيحة نسبيًا، ويكون لكل فرد وصول أقل إلى الموارد لاستثمار الطاقة في النمو والبقاء والتكاثر. ويؤدي ذلك إلى انخفاض معدل البقاء على قيد الحياة أو زيادة معدل الوفيات.

وتزداد المنافسة غير المحددة مع الكثافة. إذ يمكن للمرء أن يتوقع أن يؤدي انخفاض عدد السكان (بسبب الحصاد على سبيل المثال) إلى تقليل الكثافة السكانية وتقليل المنافسة بين الأنواع، مما قد يؤدي إلى انخفاض معدل الوفيات بين مجموعة الفرائس.

وتظهر الدراسات أيضًا أن التأثيرات المباشرة على الحيوانات المفترسة من خلال حصاد الفريسة، ليست ضرورية لملاحظة التناقض. وثبت أن حصاد الفريسة يؤدي إلى انخفاض معدل تكاثر المفترس، مما يقلل من مستوى توازن المفترس. وبالتالي فإن التغييرات في إستراتيجية تاريخ الحياة (أنماط النمو والتكاثر والبقاء على قيد الحياة) يمكن أن تساهم أيضًا في التناقض.

فعلى ما يبدو يمكن تفسير التناقض من خلال التأثيرات غير المباشرة للحصاد على التفاعلات البيئية المحلية للفريسة والحيوانات المفترسة: تقليل تأثير الكثافة غير المحددة للفريسة وتقليل معدل التكاثر للحيوان المفترس. فالأول يزيد من انتعاش أعداد الفريسة، ويقلل الأخير من مستوى التوازن السكاني للحيوان المفترس.

حلول

للتعامل مع هذه المفارقة قد يلجأ المزارعون إلى الإدارة المتكاملة للآفات (IPM)، وهو نهج بيئي لمكافحة الآفات يفسر التفاعلات بين الآفات وبيئتها. بحيث لا توجد طريقة واحدة فقط لممارسة المكافحة المتكاملة للآفات، ولكن تتضمن بعض الطرق استخدام أجهزة الاصطياد الميكانيكية أو زيادة وفرة الحيوانات المفترسة الطبيعية.

وغالبًا ما يتم الترويج للمكافحة المتكاملة للآفات بسبب فوائدها البيئية والصحية، حيث إنها تتجنب استخدام مبيدات الآفات الكيميائية.

انظر أيضا

• قائمة المفارقات